公路工程概论第7章 道路排水设计.ppt

第七章 道路排水设计,第七章 道路排水设计,本章主要内容：第一节：概 述 第二节：路基排水设计 第三节：路面排水设计第四节：桥面排水第五节：综合排水系统设计,第一节：概 述,主要内容：0道路排水设计的包含内容1排水的目的与要求2排水设计的一般原则如何协调配合的问题,第一节：概 述,0道路排水设计的包含内容道路排水包括地面排水和地下排水。地面排水包括路面（含路肩、中央分隔带）排水、路基边坡排水、沟渠排水等。地下排水包括路基地下排水、中央分隔带地下排水、纵向填挖方交界处地下排水等。,第一节：概 述,1排水的目的与要求1)路基排水(1)路基排水设计的分类:地面排水和地下排水(2)路基排水设计的任务：(3)路基排水的要求,第一节：概 述,1排水的目的与要求2)路面排水路面内部排水系统的设计通常满足三方面的要求：一是各种设施应具有足够的泄水能力，排除渗入路面结构内部的自由水；二是自由水在路面结构内的渗流时间不能太长，渗流路径不能太长；三是排水设施要有良好的耐久性。,第一节：概 述,2排水设计的一般原则如何协调配合的问题总的原则与农田水利配合与其他防排水设施和道路设施的协调、配合与天然水系的协调、配合稳固经济路面防、排水原则：尽量阻止水进入路面结构,第二节：路基排水设计,一、地面排水设计l 常用的路基地面排水设施有边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽等，分别设置于路基的不同部位，各自发挥其主要功能。此外还有倒虹吸、渡水槽。,第二节：路基排水设计,一、地面排水设计1、边沟 定义：设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤坡脚外侧，走向与路中线平行，用以汇集和排除路基范围和流向路基的少量地面水。(1)设置原则一般规定长度要求:纵坡要求：,第二节：路基排水设计,图7-1 边沟的横断面形式示意图（单位：m）a）、b）梯形；c）、d）流线形；e）三角形；f）矩形,(2)边沟的设置形式：,第二节：路基排水设计,一般情况下，可采用梯形边沟。少雨浅挖地段土质边沟可采用三角形断面，其内侧边坡宜采用1：21：3，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。三角形边沟的水流条件较差，流量较大时，沟深宜适当加大。流线形边沟流线形边沟，是将路堤横断面的边角修整圆滑，可以防止路基旁侧积沙或堆雪，适用于沙漠或积雪地区的路基。矩形边沟石质或铺砌式边沟，常用矩形或近似梯形，以减少沟顶宽度。,第二节：路基排水设计,(3)边沟布置一般路段边沟的出水口附近，水流冲刷比较严重，必须慎重布置和采取相应措施。,第二节：路基排水设计,2、截水沟定义设置在挖方路基边坡坡顶以外或山坡路堤上方的适当位置，用以拦截路基上方流向路基的地面水，减轻边沟的水流负担，保护挖方边坡和填方坡脚不受水流冲刷和损害的人工沟渠，称为截水沟(又称天沟)。它是多雨地区、山岭和丘陵地区路基排水的重要设施之一。,第二节：路基排水设计,2、截水沟位置：截水沟的位置，应尽量与绝大多数地面水流方向垂直,就近引入自然河沟内排出,必要时配以急流槽或涵洞等泄水构造物将水流引入指定地点。,图7-6 填方路段上的截水沟示意图 1土台；2截水沟,第二节：路基排水设计,纵坡：截水沟沟底应具有0.5%以上的纵坡,当条件容许时，纵坡应适当加大，沟底与沟壁要求平整密实、不滞流、不渗水，必要时予以加固和铺砌。长度：截水沟长度一般为200500m为宜。,第二节：路基排水设计,3、排水沟(1)定义：将边沟、截水沟或路基附近低洼处汇集的水引向路基外的水沟。排水沟主要用于排除来自边沟、截水沟或其它水源的水流，并将其引至路基范围以外的指定地点。(2)设计尺寸：排水沟的断面形式一般采用梯形，尺寸大小应经过水力水文计算而定。用于边沟、截水沟及取土坑出水口的排水沟，由于流量较小，不需特殊计算，但底宽与沟深均不小于0.5m，土沟的边坡率可取1:11:1.5。,第二节：路基排水设计,3、排水沟(2)设计布置：排水沟的布置，必须结合地形等条件，因势利导，离路基尽可能远些，平面上力求短捷平顺，以直线为宜，必须转向时，尽可能采用大半径(1020m以上)，徐缓改变方向；距路基坡脚的距离一般不宜小于24m；连续长度宜短，不宜超过500m；纵坡：纵面上控制最大最小纵坡，一般情况下，可取0.5%1.0%，并不小于0.3%，亦不宜大于3%。当纵坡大于3%时，需进行加固，大于7%时，则应改用跌水或急流槽。,第二节：路基排水设计,4、跌水与急流槽(1)定义：跌水：在陡坡或深沟地段设置的沟底为阶梯形，水流呈瀑布跌落式通过的沟槽。急流槽：在陡坡或深沟地段设置的坡度较陡、水流不离开槽底的沟槽。,第二节：路基排水设计,4、跌水与急流槽跌水：,图7-10 等截面多级跌水结构图纵剖面；b)平面；c)横剖面,第二节：路基排水设计,4、跌水与急流槽急流槽：,图7-11 急流槽结构图式（单位：m）,第二节：路基排水设计,5、其它路基地面排水设施,当水流需要横跨路基，同时受到设计标高的限制，可以采用管道或沟槽，从路基底部或上部架空跨越，前者称倒虹吸，后者为渡水槽，分别相当于涵洞和渡水桥，多半是配合农田水利所需而采用。,第二节：路基排水设计,二、地下排水设计道路路基常用的地下排水设施有盲沟（渗沟）和渗井等。1.盲沟(1)定义：在路基或地基内设置的充填碎砾石等粗粒材料(有的其中埋设透水管)的排水、截水暗沟。盲沟类型的选择应根据当地材料、土质等条件选择，如乱石盲沟、多孔管（花管）盲沟、无砂管盲沟，或瓦管盲沟等。,第二节：路基排水设计,(2)设置设置在上侧路基边沟下面的盲沟，用以拦截流向路基的层间水，防止路基边坡滑坍和毛细水上升危害路基。(半填半挖路基)设置在路基两侧边沟下面的盲沟，用以降低地下水位，防止毛细水上升至路基工作区范围内形成水分积聚而造成冻胀（如图7-12）。设在路基挖方与填方交界处的横向盲沟，用以拦截和排除路堑下面层间水或小股泉水，使路堤填土不受水害影响(如图7-13)。,第二节：路基排水设计,图7-12 两侧边沟下设盲沟 图7-13填挖交界处的横向盲沟1原地下水位；2降低后地下水位；3盲沟 1盲沟；2边沟；3路堑；4路堤,第二节：路基排水设计,2渗井,图7-14 渗井结构与布置示意图,第三节：路面排水设计,主要内容：一、一般原则和要求 二、路 表 排 水三、中央分隔带排水四、城市道路路面排水五、路面结构内部排水,第三节：路面排水设计,一、一般原则和要求 路面排水基本原则：1降落在路面上的雨水，应通过路面横向坡度向两侧排流，避免行车道路面范围内出现积水。2在路线纵坡平缓、汇水量不大、路堤较低且边坡坡面不会受到冲刷的情况下，应采用在路堤边坡上横向漫流的方式排除路面表面水。,第三节：路面排水设计,一、一般原则和要求 路面排水基本原则：3在路堤较高，边坡坡面未做防护而易遭受路面表面水流冲刷，或者坡面虽己采取防护措施但仍有可能受到冲刷时，应沿路肩外侧边缘设置拦水带，汇集路面表面水，然后通过泄水口和急流槽排离路堤。4设置拦水带汇集路面表面水时，拦水带过水断面内的水面，在高速公路及一级公路上不得漫过右侧车道外边缘，在二级及二级以下公路上不得漫过右侧车道中心线。,第三节：路面排水设计,l 路面排水的基本要求：1高等级公路中，沥青混凝土路面横坡一般应为2%左右，当为软土路基，路基完工后沉降较大，采用过渡路面时，路面横坡应适当加大到3%。当位于纵坡小或超高缓和段的扭曲路面时，最小合成坡度不小于0.5%。2在设有中央分隔带的高等级公路，为了排水需要，平面线形应优先考虑采用不设超高的平曲线半径。3在公路交叉路口排水困难地段，路面排水设计应满足行驶动力学和排水技术要求，在交叉路口前应设置泄水口。停车广场、收费站处的排水工程应适当考虑美观，主车道和附属行车道路面之间可设相同的排水纵坡和横坡。,第三节：路面排水设计,l 路面排水的基本要求：4对于纵坡较大的地段，弯道内侧车道、竖曲线的凹部、高路堤的桥端部等特殊部位，为防止过大集中水流对路基路肩、边坡冲刷，可局部设置挡水缘石和水簸箕。5所有排水设施的设置，除能满足排水要求外，均应满足有利于今后养护维修管理的作业需要。6为减少地表水和地下水对面层、基层、路基的侵蚀破坏，迅速排除路面结构内的层间水，通常可将路面排水与路面结构内部排水系统综合考虑。,第三节：路面排水设计,二、路 表 排 水二级及二级以下的公路路面，一般只有路表排水。排水设施由路拱横坡，路肩横坡，拦水带或边沟组成。高速公路和一级公路路面排水，一般由路表排水和中央分隔带排水两部分组成。路表排水设施由路拱及路肩横坡、拦水带、三角形集水槽、泄水口和急流槽等组成;中央分隔带排水设施由纵向排水沟(明沟、暗沟)、渗沟、雨水井、集水井、横向排水管等组成。,第三节：路面排水设计,二、路 表 排 水1分散漫流式路表排水2集中截流式路表排水(1)拦水带(2)泄水口(3)路肩急流槽(4)路肩排水沟,第三节：路面排水设计,三、中央分隔带排水1直线段中央分隔带排水(1)凸形中央分隔带,第三节：路面排水设计,(2)凹形中央分隔带,第三节：路面排水设计,(3)封闭式中央分隔带,第三节：路面排水设计,2、超高段中央分隔带排水(1)分隔带上的过水明槽(2)分隔带内设置纵向排水沟(3)封闭式刚性护栏底部设置孔洞,第三节：路面排水设计,四、城市道路路面排水街沟：在城市道路上，利用露出路面部分的缘石与路面边缘(或平石)，作为排除地面水的沟道。也称偏沟。雨水口按进水方式有三种类型，如图7-24所示。,第三节：路面排水设计,四、城市道路路面排水,图7-24 雨水口（单位：mm）a)平篦式雨水口 b)联合式雨水口,第三节：路面排水设计,五、路面结构内部排水,1一般原则和要求,不是所有等级公路都必须设置内部排水系统，只有遇到以下几种情况才宜设置。a年降水量在600mm以上的湿润和多雨地区，路基由透水性差的细粒土(渗透系数不大于10-5cm/s)组成的高速公路、一级或重要的二级公路。b路基两侧有滞水、可能渗入路面结构内。c严重冰冻地区，路基为由粉性土组成的潮湿、过湿路段。d现有路面改建或改善工程，需排除积滞在路面结构内的水分。,第三节：路面排水设计,五、路面结构内部排水,1一般原则和要求,路面结构内部排水系统的一般要求如下：在进行路面内部排水系统的设计时，通常从泄水能力、渗流时间、耐久性三方面来综合考虑，只有同时满足了这三方面的要求，才能真正起到迅速排水的作用。a各项排水设施应具有足够的泄水能力，以排除渗入路面结构内的水量。由于渗入量的估计和透水材料系数的测定精度较低，因此对设计泄水量通常采用2以上的安全系数，才能保证排水设施具有足够的泄水能力。,第三节：路面排水设计,五、路面结构内部排水,1一般原则和要求,b自由水在路面结构内的渗透时间不能太长，路径不能太远。自由水滞留时间长，会使路面结构处于饱水的状态的时间久，从而影响路面的使用寿命;在冰冻地区，滞留时间过长还会使水分在基层内结冰，从而损坏路面结构，并使排水受阻。渗入水在路面结构中的最大渗流时间，冰冻地区不应超过1小时，其他地区不应超过2小时(重交通时)4小时(轻交通时)。渗流水在路面结构内的渗流路径长度不宜超过4560m。,第三节：路面排水设计,五、路面结构内部排水,1一般原则和要求,c路面结构内部排水设施很容易被从路面结构、路基、或路肩中流水带来的细粒逐步堵塞，应考虑采取反滤措施以防止细粒随流水渗入。同时为保证排水功能的持久性，各项设施要便于经常性的检查、清扫、疏通。,第三节：路面排水设计,五、路面结构内部排水,2排水设施,(1)路面边缘排水系统,图7-25路面边缘排水系统,第三节：路面排水设计,五、路面结构内部排水,2排水设施,（2）排水基层的排水系统,图7-27 全宽透水基层,a.全宽式排水基层,第三节：路面排水设计,b.组合式排水基层,图7-28 设纵向集水沟和管的透水基层排水系统,第三节：路面排水设计,五、路面结构内部排水,2排水设施,（3）排水垫层的排水系统,图7-29 路堤上透水垫层 图7-30 路堑上透水垫层,第三节：路面排水设计,五、路面结构内部排水,3透水性材料,第四节：桥面排水,一、一般原则,目的：可避免桥下的行人、车辆、或船只受到桥面水的冲淋。,第四节：桥面排水,二、排水设施,（1）桥面横坡,第四节：桥面排水,（2）泄水口与泄水管,图7-32 常用泄水管的构造（尺寸单位：cm）,第四节：桥面排水,（2）泄水口与泄水管,1设置位置横向：泄水口宜设置在桥面行车道边缘处。纵向：泄水口的间距可依据设计径流量计算确定，但最大间距不宜超过20m。在桥面伸缩逢的上游方向应增设泄水口，在凹形竖曲线的最低点及其前后35m处也应各设置一个泄水口。一般情况，当桥梁纵坡大于2%，桥长超过50m时，泄水口间距为1215m；当桥梁纵坡小于2%，泄水口间距为68m。由于设置泄水口，部分桥面板钢筋被切断，泄水口周围应设置补强钢筋，使之具有足够的强度承受车辆荷载作用。,第四节：桥面排水,（2）泄水口与泄水管,2设置尺寸泄水管的横截面面积一般按3倍的设计径流量考虑。通常采用铸铁管或钢筋混凝土管。可采用圆形或矩形两种断面形式。圆形泄水管的直径宜为 1520cm，矩形泄水口的宽度宜为2030cm，长度为3040cm。泄水口顶部应采用格栅盖板，其顶面应比周围路面低5l0mm，其构造见图7-32所示。在设双向坡的桥面上，泄水管可沿行车道两侧左右对称排列，也可交错排列；在设单向坡的桥面上，泄水管沿行车道一侧排列。对于一些低等级公路上跨径不大，不设人行道的小桥，有时可简化构造和节省材料，也有直接在行车道两侧的安全带或缘石上预留横向孔道，用铁管、竹管等将水排出桥外，见图7-33。这种排水系统因孔道坡度平缓，易于堵塞，需加强养护，确保排水畅通。,第四节：桥面排水,(3)排水管与排水槽排水管与排水槽的作用：是迅速将泄水管中的水引出。设置位置：通常排水管或排水槽设置在悬臂板的外侧或护拦内，当有景观要求时，对裸露的排水管或排水槽可采取遮盖或装饰处理措施予以遮掩。设置尺寸：排水管可采用铸铁管、塑料管或钢管，其内径应大于泄水管的内径。排水槽宜采用铝质或钢质材料，也可用水泥混凝土预制件，其横断面为矩形或U形，宽度和深度均宜为20cm左右。纵向排水管或排水槽的坡度不得小于0.5%。桥面伸缩逢处的纵向排水管或排水槽应设置可供伸缩的柔性套筒。寒冷地区的竖向排水管，其末端宜距地面50cm以上。,第五节：综合排水系统设计,为什么要做综合排水设计？综合设计的含义，包括地面排水与地下排水设备的协调配合，路面排水设备与路基排水设备以及它们与桥涵等泄水结构物的合理布置，排水工程与防护加固工程的相互配合，路基排水与沿线农田水利规划及有关其他基本建设项目之间的联系等。但主要目的在于确保路基路面的强度和稳定性，提高道路的使用效果。,第五节：综合排水系统设计,图7-34 路基排水综合设计平面布置图例,